#荐书#电动汽车动力电池系统详解
动力电池系统对于电动汽车而言，犹如汽油之于传统燃油车，是车辆的重要能量来源或唯一能量来源。我们知道，动力电池（电芯）技术是电动汽车的三大核心技术之一，但是如果考虑技术复杂度和重要性，动力电池系统集成技术比动力电池的单体技术尤有过之。
动力电池系统内部，除了作为能量载体的动力电池之外，还包括电池管理系统（BMS）、电压/ 电流/ 温度传感器（也可能有烟雾/ 化学/ 湿度传感器）、热管理系统、高低压线束/ 连接器、开关器件（继电器、保险丝、MSD等）、安装组件（支架，托盘、压杆、螺栓等）、壳体、辅助组件（密封圈、橡胶垫、密封胶、卡扣、扎带）等。动力电池系统产品，涉及的专业领域包括电子、电气、信息、软件工程、半导体、电磁学、材料、电化学、化学工程、机械工程、传热学、工程热力学、流体力学等众多学科（图1），技术整合难度和系统集复杂度可想而知。
图1 动力电池系统构成与相关专业领域
做个形象的比喻，动力电池系统如同一支军队，要打一场持续很久的战争（5 ～ 10 年）。系统里面的一个个动力电池单体（电芯），就是军队的作战单元——士兵，承担基本的作战任务（存储或释放电能），是军队的基石。电池管理系统（BMS）如同军队的司令部，接受上级指令（通信），搜集情报（采样），运筹帷幄（计算），下达作战命令（控制），必要时还要做战术后撤（保护）。热管理系统如同军队的后勤保障体系，为了保障士兵能够打胜仗，需要令其吃好喝好睡好（加热或冷却），保持较佳的战斗状态。各类传感器如同侦察兵，负责情报采集，线束和连接器则如同通信和运输系统，负责信息的传递和兵力的输送。其他一些组件，就好像军队的各类物资，虽不承担主要职能，但是对战争胜负都有重大影响。
在动力电池系统的生命周期中，可能要经历各种各样的情况，有时候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷干燥；有时候在夏季的太阳下暴晒，温度高达50℃以上，酷热潮湿；有时候在海边，受到盐雾侵蚀；有时候要涉水，甚至会长时间浸泡在水中；有时候要跨越艰难险阻的道路，经受强烈的振动；有时候还会遇到强烈的碰撞，以至于扭曲变形。可是不管使用环境如何变化，动力电池系统都应该能够稳定可靠地工作，直至达到产品退役的条件，这才算是合格的产品。
系统简单模型
系统安全分析需要将复杂系统简化成易于理解的物理、电气和数学模型，让分析人员能够非常清晰地了解组成系统的子系统、子系统之间的接口，系统与外部环境的接口，系统如何运行，以及系统的功能等要素。
动力电池系统的定义：动力电池系统是一个能量存储装置，包括电池单体（电芯）或电池模组，电路和电控单元（电池管理系统），以及相关的电气和结构组件。我们将动力电池系统的简单物理模型描绘成图2 所示。
图2 动力电池系统物理框图
从图2 可以看出，动力电池系统被特定的环境和边界所包围，内部子系统包括电芯、电池管理系统、热管理系统、高低压电气组件（开关、保险丝、线束、连接器等），以及相关的结构组件（壳体、紧固件等），系统与外部的接口包括通风接口，高压接口、低压和通信接口、冷却接口、安装接口等。基于上述子系统及接口，进一步描绘系统的电气模型，如图3 所示。
图3 动力电池系统电气模型框图
系统的相关属性
系统的属性为系统的设计、构造、运行和分析提供了框架，所以定义和理解系统关键属性是非常必要的，也是进行安全分析工作的基础和前提。
在本文中，我们初步梳理动力电池系统的属性，将其归纳如表1 所示。
表1 动力电池系统属性
以上所整理的内容，并不是动力电池系统的全部属性，而仅仅作为一个示例，启发大家思考。为了进行完整彻底的危险分析，必须理解系统的每个属性，制定完整的系统属性表，并对属性之间的相互关系有充分认识，从而保证对整个系统进行全面的安全分析，而不是只分析局部。
举例来讲，系统的通信异常，可能导致电池管理系统接收到错误的数据，造成动力意外中断或动力输出不能按要求关断，进而发生事故。这意味着通信功能会对系统的开通和关断功能产生影响，并造成安全危险，我们在做系统安全分析时就需要考虑安全防范措施，如果分立考虑通信功能和开通/ 关断功能，就难以发现它们之间的相互作用，从而遗漏隐藏的安全危险。
本文摘编自王芳、夏军等著《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》（责任编辑：朱 丽 刘 冉）第四章，内容有删节，标题为编者所加。
电动汽车动力电池系统安全分析与设计
王芳 夏军 等著
北京：科学出版社 2016.09
978-7-03-049621-8
《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》意在通过对电动汽车核心零部件——动力电池系统（Pack）进行系统化的安全分析，提出一些合理的安全设计方法，从而推动我国新能源汽车安全性能的提升，切实保障乘客、社会公众的人身和财产安全。本书共分为十章，分别论述了电动汽车发展现状、动力电池系统技术、企业内部的安全文化和流程、动力电池系统安全分析、电气安全设计、机械安全设计、功能安全设计、化学安全设计、产品安全验证，以及与动力电池相关的国内和国际标准。
材料人与科学出版社推出联合荐书专题，持续向读者推荐经典材料专著，通过对书籍精选内容的剖析抛砖引玉，如果您有优质书籍推荐，请联系tougao@cailiaoren.com，您可以通过扫描下方二维码直接购买此书。
本文由微信公众号科学出版社（ID:sciencepress-cspm）授权转载，由材料人网大城小爱编辑整理，材料人专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。
文章评论(0)